DE102013020319A1

DE102013020319A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Pressbolzen

Info

Publication number: DE102013020319A1
Application number: DE102013020319.8A
Authority: DE
Inventors: Ralf Anderseck; Andreas Jäger; Karl-Heinz Lindner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2033-12-06
Also published as: KR20160094435A; PL3077132T3; JP2017501038A; WO2015081924A1; US10363589B2; JP6624685B2; CN105960324A; DE102013020319B4; US20160303630A1; EP3077132A1; EP3077132B1; CA2932903C; CA2932903A1; ES2719824T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Pressbolzen aus Abfällen der stanzenden, trennenden und/oder spanenden Bearbeitung, insbesondere von Abfällen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen, ohne diese einen Schmelzprozess zu unterwerfen. Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus einer Lagereinheit (1) für die Abfälle, einer Einrichtung (2) zur Zerkleinerung der Abfälle, einer Presse (3) zur Herstellung eines Rundbarrens (7) und einer Strangpresse (5) zur Umformung des Rundbarrens (7) zu einem Pressbolzen (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Pressbolzen zum Strangpressen von Profilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen.
Bei der Herstellung von Halbzeugen und Bauteilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen fallen sowohl bei der spannenden Bearbeitung als auch bei der stanzenden bzw. trennenden Bearbeitung Späne oder Stanz- bzw. Trennabfälle an.
Die anfallenden Werkstoffreste weisen noch die gleichen Werkstoffeigenschaften auf, wie sie auch die hergestellten Halbzeuge oder Bauteile haben.
Derartige Werkstoffreste werden üblicherweise gesammelt und einer Wiederverwertung durch Einschmelzen zugeführt.
Um die Werkstoffreste für die Entsorgung und Weiterverarbeitung besser handhabbar zu machen und im Schmelzprozeß eine höhere Effizienz zu erreichen, werden die losen Späne zu Metallbriketts verpresst.
Eine dafür verwendbare Brikettierpresse ist beispielsweise aus der EP 0367 859 A1 bekannt. Zur Herstellung von formbeständigen Briketts weist die Brikettierpresse eine Vorpresskammer sowie eine nachgeordnete Presskammer auf. Das zu pressende Material wird über eine Zuführschnecke einem Vorverdichterkolben zugeführt, so dass sich die Aufnahmekammer bis zur gewünschten Höhe füllt. Anschließend wird ein Presskolben zur Verdichtung des Materials betätigt.
Eine weitere Vorrichtung zum Verpressen von Metallspänen in Metallbriketts ist aus der DE 10 2008 038 966 B3 bekannt. Die Vorrichtung zum Verpressen der Metallspäne in Metallbriketts weist einen Vorratsbehälter für die Metallspäne, dem ein Schaufelrad nachgeordnet ist, auf. Das Schaufelrad führt die Metallspäne einer Vorpresskammer zu. An die Vorpresskammer schließt sich eine Presskammer an, in welcher die vorgepressten Metallspäne dann zu Metallbriketts verpresst und dann dem Schmelzprozess zugeführt werden. Stanz- oder Schnittabfälle können hierdurch nicht verarbeitet werden, da Sie wesentlich größere geometrische Abmessungen wie Metallspäne aufweisen. Nachteilig ist hier zum einen der hohe Aufwand für das Sammeln, Lagern und zur Vorbehandlung der Trennreste und zum anderen der hohe Energieaufwand zum Einschmelzen für die Wiederverwertung.
Die US-PS 2 391 752 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von fertigen Produkten, beispielsweise von Rohren, Stangen und Profilen, aus Abfällen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen das umfassend komprimieren der Abfälle und Halten dieser bei einer Temperatur von etwa 300°C und einem Druck von etwa 3 bis 8 Tonnen pro Quadratzoll, wodurch Oxidbeschichtungen der Abfallteilchen gebrochen werden und neue metallische Kontaktflächen gebildet werden, anschließend die Temperatur auf etwa 350 bis 450°C erhöht wird und das Formen der fertigen Produkte in einer Pressvorrichtung bei einem Druck von etwa 18 bis 40 Tonnen pro Quadratzoll erfolgt.
Aus der DE 10 2012 002 009 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von porenfreien Profilen aus Trennresten mittels Strangpressen bekannt. Die Vorrichtung ☐mfaßt eine Strangpresse mit einer Verdichtungskammer, einem Pressstempel, eine Pressmatrize und einem Rezipienten, in die ein Haufwerk bestehend aus Trennresten trennender Fertigungsverfahren oder dgl. wie Späne oder Restmaterialien einfüllbar ist. Die Vorrichtung weist zwischen Pressmatrize und Verdichtungskammer ein die Verdichtungskammer pressmatrizenseitig abdichtendes Abdeckelement auf, gegen das der Pressstempel das Haufwerk aus Trennresten zu einem Pressling verdichtet und dabei in der Verdichtungskammer und im Haufwerk verbleibende fluide Einschlüsse entfernt. Nach dem Entfernen des Abdeckelements wird der verdichtete Pressling durch die Pressmatrize als Profilquerschnitt durchgedrückt.
Die Verdichtung zu einem Pressling erfolgt in der Verdichtungskammer, deren offenes Ende gegenüber der Pressmatrize verschließbar ist, unter Erhitzung und über einen vorgebbaren Zeitabschnitt unter gleichbleibenden hydrostatischen Druckverhältnissen zu einem Pressling.
Nachteilig ist hier der relativ lange Stillstand der Strangpresse bei der Fertigung von Strangpreßprofilen, da jedes mal nach dem der Pressling mittels der Pressmatrize zum Profil umgeformt wurde, auf der gleichen Strangpresse ein neuer Pressling aus Trennresten hergestellt werden muss. Dies zieht relativ lange Stillstandszeiten für die eigentliche Profilfertigung und die sich daran anschließende Weiterverarbeitung der Profile nach sich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Abdeckelement zwischen Ende der Verdichtungskammer und Preßmatrize eingeschwenkt bzw. eingeschoben werden muss. Da sie zum einen die Verdichtungskammer verschließen und zum anderen beim Strangpressvorgang den Weg zur Pressmatrize wieder freigeben muss, ist deren Einbau in eine bestehende Strangpressanlage mit einem erhöhten Aufwand verbunden.
Die meisten Strangpressanlagen arbeiten mit waagerecht angeordneten Pressstempeln und Rezipienten. Aufgrund dieser Ausbildung ist ein Befüllen mit Trennresten relativ schwierig, bzw. der Füllgrad läßt zu wünschen übrig.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem die für den Strangpressprozess benötigten Pressbolzen aus Abfällen der stanzenden, trennenden und/oder spanenden Bearbeitung herzustellen und zwar ohne das die Abfälle einem Schmelzprozess unterworfen werden. Die Erfindung umfaßt zahlreiche Gestaltungselemente sowohl im Prozess als auch in der Infrastruktur des Werkes. Diese Elemente ermöglichen in ihrer ganzheitlichen Verwendung einen sehr effizienten und extrem umweltschonenden in-House-Recycling-Prozess. Diese Elemente sind:

1 – Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Magnesium-Legierungen, die sehr gut dynamisch rekristallisieren und sortenrein dem Recyclingprozess zugeführt werden.
2 – Die gesamte Produktionshalle inkl. der darin installierten Recycling-Anlage ist so klimatisiert, dass eine vermehrte Oxid- oder gar Hydrooxidbildung verhindert wird. Das wird in der Regel durch eine Begrenzung der relativen Luftfeuchtigkeit erreicht.
3 – Es kommen trockene und chemiefreie Stanzabfälle oder Späne in den Recycling-Kreislauf.
4 – Aus Sicherheitsgründen erfolgt eine Zerkleinerung der Abfälle nicht mit reißenden sondern mit schneidenden Verfahren. Das vermeidet den Anfall von Staub in gefährlichen Mengen.

Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Herstellung von Pressbolzen aus Abfällen der stanzenden, trennenden und/oder spanenden Bearbeitung die Schritte

– Entnehmen der Abfälle aus einer Lagereinheit, wobei die Abfälle des stanzenden oder trennenden Bearbeitung mittels einer Einrichtung zerkleinert werden und anschließend gegebenenfalls mit den Abfällen der spanenden Bearbeitung vermischt werden;
– Befüllen der runden Pressform mit dem Abfallgemisch und Pressen (Verdichten) des Abfallgemisches zu einem Rundbarren mit einer Dichte von mehr als 60%;
– Erwärmen des Rundbarrens auf eine Temperatur oberhalb von 250°C;
– Einsetzen des Rundbarrens in den Rezipienten einer Strangpresse und Formpressen eines Strangpressbolzens mit einer Dichte von größer 95%.

Zusätzlich ist es möglich, das Abfallgemisch vor der Befüllung der runden Pressform einer Vorverdichtung zu unterwerfen.
Die Anlage zur Herstellung von Pressbolzen aus Abfällen der stanzenden, schneidenden und/oder spanenden Bearbeitung umfasst erfindungsgemäß eine Lagereinheit für die Abfälle, einer Einrichtung zur Zerkleinerung der Abfälle, eine Presse zur Herstellung eines Rundbarren, ein Ofen zur Erwärmung des Rundbarrens sowie eine Strangpresse zur Fertigung der Pressbolzen. Die Lagereinheit kann dabei so ausgeführt werden, dass Kammern für Abfälle unterschiedliche geometrische Abmessungen vorgesehen sind. Späne haben eine relativ feine Körnung und können somit direkt in die Presse eingefüllt werden, während Stanz- oder Schnittabfälle mittels einer Einrichtung in eine geeignete Größe zerteilt werden.
Die Einrichtung zur Zerkleinerung der Abfälle arbeitet vorzugsweise nach dem schneidenden Verfahren, wodurch der Anfall von Staub minimiert wird. Gegebenenfalls können die Abfälle der einzelnen Kammern gemischt und mittels eines Vorverdichters in die Presse gefördert werden. Vorzugsweise ist der Vorverdichter beheizt und als Schneckenverdichter ausgebildet.
Die in diese Presszylinder der Presse eingefüllten Abfälle werden dort zu einem Rundbarren mit mehr als 60% Dichte kompaktiert. An die Kompaktierung in der Presse schließt sich eine Erwärmung des Rundbarrens und das Strangpressen des Rundbarrens in einer normalen Strangpresse zu einem Pressbolzenstrang an, wobei dieser nach dem Austritt aus der Pressmatrize auf eine entsprechende Länge geschnitten wird. Durch die Verwendung von Matrizen, in denen der Werkstoff unter Aufbringung einer Presskraft ein- oder mehrfach umgelenkt wird, tritt während des Pressvorgangs unter Scherverformung (mehrfache Scherung und Akkumulation der Scherdehnungen) innerhalb des Werkstoffes eine Verbesserung der Kornfeinheit auf. Optional kann eine Homogenisierung des Pressbolzen bei einer Temperatur oberhalb von 400°C während einer Zeitdauer von ca. 6 Stunden vorgenommen werden.
Die fertigen Preßbolzen weisen dann eine Dichte von größer 95% auf und können dann zwischengelagert werden oder gleich in den Presslinien zu fertigen Strangpressprofilen weiter verarbeitet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Stillstandszeiten in den Strangpreßlinien nur auf die Wechselzeit für den Strangpressbolzen begrenzt bleiben. Die fertigen Pressbolzen aus dem recycelten Material (Abfälle) weisen Eigenschaften auf, die statisch, dynamisch und wechselnd die Spezifikation der Legierung erfüllen und damit gleichberechtigt neben primär erzeugten Pressbolzen verwendbar sind.
Gerade im Bereich Automobilbau werden heute viele Bauteile, die aus Strangpressprofilen hergestellt werden, verwendet. Aufgrund des Leichtbaus bieten sich hier Magnesium oder Magnesiumlegierung an.
Diese werden häufig in Großanlagen mit mehreren Press- und Bearbeitungslinien hergestellt, so dass sich auch eine entsprechende größere Menge an Materialabfällen ergibt. Optimal zur Verarbeitung sind Magnesiumlegierungen mit einer niedrigen Stapelfehlerenergie, damit sie gut dynamisch rekristallisieren kann. Hierin liegen die Vorteile der Erfindung. Da größere Mengen an Matrialabfällen anfallen, müssen diese nicht mehr zu den Materialherstellern zum Einschmelzen und zum Gießen von neuen Halbzeugen transportiert werden, sondern können innerhalb der Produktionsstätten zu neuen Pressbolzen verformt werden.
Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher beschrieben werden. Es zeigt:
1 – Schema der erfindungsgemäßen Anlage
Die 1 zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Pressbolzen 1. Diese besteht im Wesentlichen aus einer Lagereinheit für die Materialabfälle aus der laufenden Produktion. Da für die gesamte Produktion ein und dasselbe Material, nämlich eine Magnesiumlegierung, vorzugsweise eine Legierung der Bezeichnung MnE21^®, verwendet wird, handelt es sich bei den Materialabfällen auch um sortenreine Abfälle.
In der Lagereinheit 1 werden die Abfälle getrennt nach ihren geometrischen Abmessungen aufgenommen. Abfälle mit geringer Körnung, beispielsweise aus der Zerspanung, können direkt in die Presse 3 gefördert werden. Abfälle mit größeren geometrischen Abmessungen, beispielsweise Stanzabfälle oder Verschnitte, werden mittels einer Einrichtung 2 in Abfälle mit geeigneter Körnung zerkleinert. Diese können dann entweder in die Presse 3 gefördert werden oder gemischt mit den anderen Abfällen, beispielsweise den Spänen.
Die Presse 3 ist als mechanische Presse mit einem senkrechten runden Pressform ausgebildet. Die senkrechte Ausführung erleichtert das Befüllen der Pressform und ermöglicht auch eine größtmögliche Befüllung. Denkbar wäre auch eine Presseinheit mit mehreren nebeneinanderstehenden Pressformen. Durch Einwirkung einer Presskraft auf die Befüllung der Pressform wird ein Rundbarren mit einer Dichte von mehr als 60% erzeugt.
Die hergestellten Rundbarren 7 werden in einem Ofen 4 auf eine Temperatur von etwa 450°C erwärmt. Anschließend wird der erwärmte Rundbarren 7 in den Rezipienten der Strangpresse 5 eingesetzt und durch Druckbeaufschlagung zu einem Pressbolzen 6 bzw. Pressbolzenstrang verformt. Bei einem Pressbolzenstrang kann dieser nach Verlassen der Matrize, beispielsweise durch eine fliegende Säge, entsprechend abgelängt werden. Der dabei entstehende Pressbolzen weist eine Dichte von größer 95% auf.
Anschließend kann der Pressbolzen in einer Strangpresse in den Presslinien zu entsprechenden Profilen weiterverarbeitet oder zwischengelagert werden. Optional kann eine Homogenisierung des Pressbolzens bei einer Temperatur oberhalb von 400°C und während einer Zeitdauer von ca. 6 Stunden erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Lagereinheit
2: Einrichtung zur Zerkleinerung
3: Presse
4: Ofen
5: Strangpresse
6: Pressbolzen
7: Rundbarren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0367859 A1 [0006]
DE 102008038966 B3 [0007]
US 2391752 [0008]
DE 102012002009 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Pressbolzen aus Abfällen der stanzenden, trennenden und/oder spanenden Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Abfälle aus einer Lagereinheit (1), wobei die Abfälle der stanzenden oder trennenden Bearbeitung mittels einer Einrichtung (2) zerkleinert werden und anschließend gegebenenfalls mit den Abfällen der spanenden Bearbeitung vermischt werden, in einem zweiten Schritt die runde Pressform mit dem Abfallgemisch befüllt wird und das Abfallgemisch zu einem Rundbarren (7) mit einer Dichte größer 60% verpresst wird, in einem dritten Schritt der Rundbarren (7) auf eine Temperatur oberhalb von 250°C erwärmt wird und in einem vierten Schritt der erwärmte Rundbarren (7) in den Rezipienten einer Strangpresse (5) eingesetzt wird und durch Formpressen zu einem Pressbolzen mit einer Dichte größer 95% umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abfallgemisch vor der Befüllung der runden Pressform einer Vorverdichtung unterworfen wird.
Anlage zur Herstellung von Pressbolzen aus Abfällen der stanzenden, trennenden und/oder spanenden Bearbeitung gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage im wesentlichen eine Lagereinheit (1) für die Abfälle, einer Einrichtung (2) zur Zerkleinerung der Abfälle, eine Presse (3) zur Herstellung eines Rundbarrens (7), einen Ofen (4) zur Erwärmung des Rundbarrens (7), sowie eine Strangpresse (5) zur Fertigung des Preßbolzen (6) aus dem Rundbarren (7) umfaßt.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zur Zerkleinerung der Abfälle der stanzenden oder trennenden Bearbeitung zwischen der Lagereinheit (1) und der Presse (3) angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Presse (3) eine Einrichtung zur Vorverdichtung des Abfallsgemisches vorgesehen ist.
Anlage nach Anspruch 3 und mindestens einen der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Presse (3) mindestens eine senkrechte runde Pressform aufweist.